LTE - это стандарт мобильной связи, разработанный консорциумом 3GPP. Он является усовершенствованием технологий мобильной передачи данных CDMA и UMTS, что и следует из его названия: Long Term Evolution, долговременная эволюция. Развитие сотовых сетей схематично представлено на рисунке 1.
Рисунок 1 - Эволюция сетей сотовой связи
Услуги пакетной передачи данных по сетям сотовой связи впервые были предоставлены в рамках стандарта GSM, а точнее, его расширения GPRS (General Packet Radio Service). Дальнейшее свое развитие она получила в EDGE (Enhanced Dataratesfor GSM Evolution), использующем новую модуляцию 8PSK. Сети третьего поколения, представленные стандартами UMTS и IMT-MC, сохранили передачу голоса с коммутацией каналов, но существенно улучшили передачу пакетных данных: благодаря кодовому разделению каналов, сложным методам модуляции и использованию многоантенных систем, пиковая скорость в UMTS (HSPA+) достигает 42,2 Мбит/с.
LTE представляет собой следующий этап развития после сетей 3G (HSDPA, HSUPA, HSPA+), но к 4 поколению сотовой связи относится только LTE-Advanced, (начиная с Rel.10). Это связано с тем, что предыдущие релизы не полностью отвечают требованиям Международного союза электросвязи для сетей 4G (IMT-Advanced). Вся коммутация в сетях LTE - пакетная, для передачи голоса необходимо использование технологии передачи голоса по IP-сетям (VoIP).
Основные цели создания стандарта LTE и предъявляемые к нему требования:
- Уменьшение задержек установления соединения и передачи данных;
- Увеличение битовой скорости передачи данных, в том числе на границе зоны обслуживания;
- Увеличение спектральной эффективности, уменьшение стоимости передачи одного бита;
- Более гибкое использование спектра, как в новых, так и в существующих диапазонах частот;
- Упрощение архитектуры сети;
- Бесшовная передача обслуживания, в том числе между различными технологиями.
Данные цели достигаются использованием в LTE трех основных технологий – мультиплексирование посредством ортогональных несущих (OFDM), многоантенные системы MIMO и эволюционная системная архитектура (SAE) [1].
Как и во всех современных технологиях беспроводной связи, в LTE поддерживаются многоантенные системы (MIMO). Учитывая ориентацию этой технологии на максимально простые абонентские устройства, техника MIMO в LTE максимально упрощена. Стандарт рассматривает MIMO-схемы с одной, двумя и четырьмя передающими и приемными антеннами в различных сочетаниях [2]. В MIMO - системах есть два основных вида передачи – пространственное мультиплексирование и диверсифицированная передача. Первый режим означает, что каждый антенный канал транслирует независимый информационный поток. При этом сами каналы должны быть некоррелированными. Диверсифицированная передача означает, что несколько антенных каналов используются для передачи одного потока данных. Эта техника предназначена для борьбы с замираниями в радиоканале и направлена только на улучшение качества передачи в канале. На скорость передачи она влияет опосредованно, через повышение качества канала.
Архитектура сети LTE, получившая название SAE (System Architecture Evolution - Эволюция системной архитектуры) значительно отличается от сетей стандартов 2G и 3G. Схематично она изображена на рисунке 2. Основные отличия:
- упрощенная архитектура, новая, плоская модель;
- целиком построена на IP;
- обеспечивает большую пропускную способность на сети радиодоступа (RAN);
- обеспечивает меньшую задержку RAN;
- поддерживает мобильность между несколькими гетерогенными RAN (в том числе не-3GPP системы) [3].
Рисунок 2 - Структура сети стандарта LTE